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Analyse de couches minces et matériaux nouveaux

Ce domaine d’activités est historiquement le premier à avoir été exploité puisque les spécialistes de ces domaines utilisent depuis de nombreuses années les spécificités des techniques nucléaires qu’ils savent particulièrement bien adaptées à la caractérisation de celles-ci.

Parmi ces spécificités uniques, on peut mettre en exergue les points suivants :

  • Mesure d’épaisseurs de films minces

La technique RBS permet d’accéder de façon absolue, c’est-à-dire sans le recours à des étalons, au nombre d’atomes présents par unité de surface. En connaissant la densité du film on accède ainsi à l’épaisseur dimensionnelle, mais à l’inverse si on détermine par une autre technique l’épaisseur physique du matériau, la mesure RBS donne accès à la densité de la couche.

Quelques exemples : films Au/Silicium, WSix/SiO2/Si, NiSix/Si, ZnTe, SrTiO3....

  • Détermination de la stoechiométrie du dépôt

On détermine la plupart du temps par RBS la stoechiométrie des films, mais il est possible de compléter la mesure pour certaines situations plus complexes par d’autres techniques. La méthode NRA pour des stoechiométries d’oxydes, de nitrures, carbures ou fluorures. Enfin le PIXE donnera accès à des stoechiométries de constituants lourds.

Quelques exemples : films WNx, TiN, TaN, TaC, Si3N4, SiOC, MgO, InTe, AgInSbTe....

  • Dosage de l’hydrogène

Par une technique dérivée, la méthode ERDA, il est possible de doser l’hydrogène dans un dépôt et d’obtenir son profil de concentration quantitatif depuis les premières couches atomiques jusqu’à une profondeur de 400nm. La précision obtenue sur le résultat est de l’ordre de 10% et la limite de détection de 0,1% atomique.

Quelques exemples : Films carbone DLC, SiOC(H), Si(H),...

  • Analyse des surfaces, interfaces et systèmes multicouches

La résolution en profondeur de la méthode RBS et son caractère non-destructif permettent la mise en évidence des phénomènes d’interdiffusion entre couches, ou d’un élément dopant dans un substrat. On utilise également la technique dans le cadre du contrôle de processus complexes ou de veille concurrentielle.

Quelques exemples : Diffusion de l’arsenic dans le silicium, étude du comportement de barrières anti-diffusion, revêtements optiques anti-reflets, structures de stockage d’information....

  • Analyses résolues spatialement

Les méthodes physiques utilisées macroscopiquement, peuvent également être mises en œuvre à l’aide d’un faisceau de dimensions sub-micronique. Il est ainsi possible d’obtenir l’information sur des surfaces de quelques microns de côté, ou par balayage d’accéder à l’image de leur répartition élémentaire.

Un exemple : l’étude de phénomènes de diffusion sur des zones de circuits intégrés....

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